DE2156299C3

DE2156299C3 - Anordnung zur Übertragung eines Tonerbildes von einem Aufzeichnungsträger auf ein Bildempfangsmaterial

Info

Publication number: DE2156299C3
Application number: DE2156299A
Authority: DE
Inventors: Konrad Artur Mt. View Krause; Yaqub Saratoga Moradzadeh
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-11-23
Filing date: 1971-11-12
Publication date: 1980-12-04
Also published as: US3691993A; FR2115791A5; JPS5010738B1; DE2156299B2; DE2156299A1; CA948028A; GB1348910A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung eines Tonerbildes von einem Aufzeichnungsträger auf ein Bildempfangsmaterial, insbesondere auf ein Papierblatt, mit einer elektrisch leitenden und an eine Spannungsquelle angeschlossenen Übertragungselektrode, die das Bildempfangsmaterial an den Aufzeichnungsträger preßt und ihm eine elektrische Potentialdifferenz gegenüber dem Aufzeichnungsträger verleiht.

Es ist bekannt, das entwickelte elektrostatische Bild von der Aufzeichnungsträgerschicht auf ein Bildempfangsmaterial mittels einer Koronaentladevorrichtung zu übertragen, die auf der Rückseite des Bildempfangsmaterials eine Ladung erzeugt, um die das Bild bildende Tonerpartikel von der Aufzeichnungsträgerschicht auf das Bildempfangsmaterial zu übertragen. Vibrationen der Koronadrähte oder Schmutz auf ihnen verursacht jedoch eine ungleichmäßige Verteilung der Ionisation und damit gleichfalls ungleichförmige Tonerübertragung, die auf der Kopie sichtbar ist. Die Effektivität der Koronaentladevorrichtung und damit der Qualität der Kopien variiert in großem Maße mit der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit Darüber hinaus ist diese Art der Übertragung dann besonders uneffektiv, wenn sehr dichte Bilder übertragen werden sollen, d. h., wenn auf dem entwickelten elektrostatischen Bild sehr viel Toner vorhanden ist.

Diese Methode der Bildübertragung ist beispielsweise in der US-Patentschrift 29 51 443 beschrieben. In der gleichen Patentschrift ist eine weitere Übertragungsanordnung beschrieben, bei der eine leitende Rolle (Übertragungsrolle) verwendet wird, die das Bildempfangsmaterial an den Aufzeichnungsträger andrückt und dem eine Vorspannung aufgeprägt ist, um somit eine Potentialdifferenz zwischen dem Aufzeichnungsträger und der Übertragungsrolle zu erzeugen, wodurch das entwickelte elektrostatische Bild auf das Bildempfangsmaterial übertragen wird. Unter gewissen Bedingungen sind mit dieser Art der Bildübertragung zufriedenstel-Iende Ergebnisse zu erzielen. Jedoch gibt es andere Bedingungen, bei denen die Effektivität der Übertragung ungenügend ist. Darüber hinaus können Funkenbildung und andere bildzerstörende Einflüsse auftreten, wem das Bildempfangsmaterial von dem Aufzeichnungsträger gelöst wird, dies insbesondere deshalb, weil die bekannte Übertragungsrolle mit ihrer im wesentlichen festen Oberfläche das Bildempfangsmaterial nicht gleichmäßig an den Aufzeichnungsträger andrücken kann, da an den Stellen mit mehr Toner die Dicke größer ist, so daß die Stellen mit weniger Toner quasi als Hohlräume überbrückt werden.

Aus der DE-OS 14 97 107 ist es bekannt, eine Bahn aus wärmewiderstandsfähigem, wärmeisolierendem und elektrisch leitfähigem sowie elastischem Material zu verwenden, das auf einer Metallplatte angeordnet ist und als Unterlage für ein aufzuladendes fotoleitfähiges Aufzeichnungsmaterial dient. Oberhalb des Aufzeichnungsmaterials befindet sich eine Koronastation, die dessen elektrische Aufladung bewirkt. Die Anordnung soll eine gleichmäßige Aufladung sicherstellen, indem durch die isolierende Wirkung des elastischen Materials eine lokale Erwärmung vermieden und ein einheitlicher elektrischer Übergangswiderstand sichergestellt wird. Bei dieser Einrichtung stellt sich das Problem der Bildübertragung nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art unter Vermeidung der angegebenen Nachteile die Gleichmäßigkeit und Effizienz der Bildübertragung bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen /u verbessern. Die Merkmale zur Lösung dieser Aufgabe sind aus dem Patentanspruch 1 ersichtlich. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung an.

Durch die erfindungsgemäße Bürstenanordnung wird in vorteilhafter Weise das Bildempfangsmaterial mittels der Borstenspitzen in engsten Kontakt mit dem Aufzeichnungsträger gebracht und das elektrische Potential gleichmäßig über die gesamte Berührungsfläche verteilt, so daß an allen Stellen günstige Verhältnisse für die Übertragung des Toners vom Aufzeichnungsträger auf das Bildempfangsmaterial vorhanden sind. Dadurch werden auch bei unterschiedlichen Bedingungen gleichmäßige Kopien erhalten.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Borsten auf einem festen Kern der Rolle befestigt sind und im wesentlichen radial nach außen stehen. In zweckmäßiger und vorteilhafter Weise können nach

einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung die Borsten aus einer elektrisch nichtleitenden Seele bestehen und mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen sein. Dabei kann vorleilhafterweise der Kern der Borsten aus synthetischem Material 5 bestehen. In zweckmäßiger und vorteilhafter Weise wird der Bostendurchmesser in der Größenordnung des Durchmessers der Tonerpartikel gewählt, d. h. ca. 12μπι.

Die Potentialdifferenz, die zwischen der Bürstenrolle und dem Bildträger aufgebaut wird, beträgt vorteilhafterweise etwa zwischen 700 und 2000 V.

Eine für viele Zwecke ausreichende Alternativlösung der Erfindung sieht anstelle der drehbaren Bürstenrolle eine feststehende Bürste vor.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung enthält generell einen Aufzeichnungsträger, der aus isolierendem oder photoleitfähigem Material besteht Auf bekannte Weise wird auf diesem Aufzeichnungsträger ein elektrostatisches Ladungsbild hergestellt und dieses Bild wird mittels elektrostatisch geladener Entwicklerpartikel, die allgemein als Toner bekannt sind, entwickelt. Ein Bildempfangsmaterial, insbesondere ein Papierblatt, liegt an der Aufzeichnungsträgerfläche an. Eine Bürste mit leiten den Borsten ist ebenfalls an der Aufzeichnungsträgerschicht anliegend vorgesehen und stellt eine konstante Potentialdifferenz zwischen dem Aufzeichnungsträger und sich selbst her. Die Spannung wird durch eine geeignete Quelle zugeführt. Zwischen der Bürste und dem Aufzeichnungsträger wird eine Relativbewegung hergestellt, so daß die Spitzen der Borsten das Bildempfangsmaterial in intimen Kontakt mit dem Aufzeichnungsträger bringen. Durch die Potcniialdifferenz werden die Tonerpartikel, die auf dem entwickelten elektrostatischen Bild enthalten sind, auf das Bildempfangsmaterial herübergezogen. Entsprechend der konstanten Kraft, die durch Borsten hergestellt wird, werden im wesentlichen alle Entwicklerteilchen von der Aufzeichnungsträgerfläche auf das Bildempfangsmaterial übertragen. Durch geeignete Technik wird dann das Bild auf dem Bildempfangsmaterial fixiert, beispielsweise angeschmolzen.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird im folgenden Aufbau und Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines elektrophotographischen Kopierers, in dem die vorliegende Erfindungverkörpert ist,

F i g. 2 in vergrößerter Ansicht die erfindungsgemäße Bürste mit nichtleitender Seele und elektrisch leitender Schicht,

F i g. 3 ein Schnittbild entlang der Linie 3-3 a js Fig. 1,

Fig.4 eine schematische Ansicht einer Alternativlösung der Erfindung mit einer flachen Übertragungsbürste.

Ein elektrophotographisches Kopiergerät, das für die Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in F i g. 1 dargestellt. Dieses Gerät enthält eine drehbare Trommel 10, die am Umf?· _o ;.'·■·. fotoleitfähige Schicht 12 enthält, auf die das auf das Papierblatt 14 zu übertragende Bild aufgebracht wird. Die fotoleitfähige Schicht wird gleichmäßig auf eine vorherbestimmte Polarität mittels einer Koronaladevorrichtur.g 16 geladen. Eine Vorlage mit dem zu kopierenden Bild ist derart angeordnet, daß dieses durch geeignete Beleuchtungsmittel mittels der Belichtungsstation 18 auf die fotoleitfähige Fläche 12 übertragen wird. Auf bekannte Weise wird die Geschwindigkeit der Vorlagenbewegung mit der Geschwindigkeit der Trommel 10 synchronisiert Dort wo die photoleitfähige Schicht durch das Bild belichtet wird, wird diese entladen, so daß ein Ladungsmuster in Gestalt des zu kopierenden Bildes vorhanden ist.

Danach läuft die Trommel 10 an einer Entwicklerstation 20 vorbei, bei der eine Mischung 22 von Toner- und Trägerpartikeln, beispielsweise in Kaskadenform, mit dem elektrostatischen Bild auf der fotoleitfähigen Schicht 12, hierin auch Aufzeichnungsträger genannt, aufgebracht wird. Es können selbstverständlicherweise auch andere Entwicklungsarten verwendet werden. Der Toner, der eine der Polarität des elektrostatischen Ladungsbildes entgegengesetzte Ladung aufweist, wird an den Aufzeichnungsträger angezogen, wodurch das Bild sichtbar wird.

Bei weiterer Gegenuhrzeigerdrehung der Trommel 10 wird ein Papierblatt 14, hierin auch Bildempfangsmaterial genannt, durch Transportrollen 24 in Kontakt mit dem entwickelten elektrostatischen Bild gebracht Eine weiche Bürstenrolle 26 mit federnden, elektrisch leitenden Borsten 25 ist unterhalb des Papierblattes 14 in dessen Berührungsbereich mit der Trommel 10 angeordnet Beispielsweise über einen Schleifer ist ein Netzteil 28 zur Spannungszuführung mit der Bürstenrolle 26 verbunden, um ein in einer Richtung ausgerichtetes Potential zwischen der Bürstenrolle 26 und der leitenden Rückfläche des Aufzeichnungsträgers 12 herzustellen. Die Polarität des Potentials ist der des Toners entgegengesetzt, so daß der Toner zum Bildempfangsmaterial hin angezogen wird. Nach dieser Übertragungsoperation wird das Blatt 14 von der Trommel gelöst und zu einer nicht dargestellten Fixierstation transportiert, um das Tonerbild fest auf das Papier anzuschmelzen. Da normalerweise nicht das gesamte Tonerbild 29 übertragen wird, verbleiben überschüssige Tonerteilchen 30 auf der Trommeloberfläche. Bei weiterer Trommeldrehung passiert diese eine Reinigungsstation 32, die die Oberfläche der Trommel von überflüssigem Toner reinigt. Diese Operation vervollständigt einen Umlauf der Trommel für die Kopierung des gewünschten Bildes.

Die Bürstenrolle 26 enthält viele einheitliche Borsten 25, die fest mit einem Kern 27 verbunden sind. Die Borsten 25 erstrecken sich im wesentlichen radial nach außen und sind gleich lang, so daß das von der Bürste zugeführte Potential ein im wesentlichen gleichförmig verteiltes Feld erzeugt. Die Borsten 25 können aus jedem geeigneten Material, wie beispielsweise Metallfasern, bestehen oder auch eine Seele aus elektrisch nichtleitendem Material aufweisen, die mit einer leitenden Schicht überzogen ist. Die Dicke der einzelnen Borsten ist sehr klein, so daß eine im wesentlichen konstante Kraft durch die Borsten auf das Papierblatt 14 ausgeübt wird, wodurch ein intimer Kontakt mit der Bildfläche hergestellt wird, ohne Rücksicht auf die Dichte der Entwicklerpartikel, die in den verschiedenen Teilen des entwickelten Bildes vorhanden sind. Die Borsten haben vorzugsweise eine Dicke, die der Größe der einzelnen Tonerpartikel entspricht, so daß die Bildübertragung ohne Zerstörung des Bildes durchgeführt werden kann. Diese Borstenstärke eliminiert darüber hinaus die Gefahr, daß der Aufzeichnungsträger 12 und das Papierblatt 14 zerstört wird, was bei dickeren und steiferen Borsten auftreten könnte. Ein geeignetes Material für die Borsten ist rostfreier Stahl

von etwa 12 μιη Durchmesser, der in Plüschart gewebt und dann auf einem geeigneten Kern 27 aufgebracht wird. Mit dieser Bürstenart ist eine ausgezeichnete Übertragung möglich, aber die Herstellung dieser Bürste ist schwierig, weil das radiale Abstehen aller Borsten nicht Seicht zu erzielen ist, und somit eine gleichmäßige Feldverteilung und eine gleichmäßige Kraft durch die Bürste nicht erhalten werden kann.

Eine andere geeignete Bürste ist in F i g. 2 dargestellt. Diese kann auf einfache Weise hergestellt werden, arbeitet sehr gut und ist eine Bürste, deren Borsten elektrisch nichtleitende Seelen enthalten, auf die leitendes Material aufgeschichtet ist. Bürsten aus synthetischem Material, wie beispielsweise aus einem Kopolymer aus Vinylchlorid und Acrylnitril oder Kunstseide, kann auf einem Basismaterial mit gleichmäßig verteilten und abstehenden Borsten hergestellt werden. Die Borsten werden auf irgendeine geeignete Weise mit einem leitenden Material überzogen, um somit die gewünschte Leitfähigkeit der Borsten zu erreichen. In der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform enthält die Bürste 26' einen Kern 38, auf den viele Borsten gleichmäßig abstehend aufgebracht sind. Die Borsten enthalten eine nichtleitende Seele 40, die von einer äußeren leitenden Schicht 42 umgeben ist. Diese Konstruktion ergibt die Möglichkeit, die Leitfähigkeit der Borsten zu steuern, so daß eine wirkungsvolle Technik für die Verhinderung der Bogenbildung beim Trennen des Bildempfangsmaterials von Aufzeichnungsträger erreicht wird.

Eine geeignete Technik für die Beschichtung der Oberfläche der Borsten ist die bekannte Art der chemischen Plattierung. Ein Beispiel dieser Bürstenkonstruktion, bei dem diese Technik angewendet wird, besteht aus einem Kunstseideplüsch, weil dieses Material die geeignete Kombination von physikalischen, chemischen und elektrostatischen Eigenschaften enthält. Andere Arten des Wirkens oder der Herstellung wie z. B. durch Kammzugwirken oder Beflocken können für diesen Zweck benutzt werden, wobei alle diese Arten zu einem Plüsch mit aufrecht stehenden Borsten führen. Das besondere Fabrikat, das hier verwendet wird, besteht in einem im Doppelschuß gewebten Material. Diese Webart läßt die Borsten getrennt voneinander aufrecht stehen. Die Borsten werden zuerst gewaschen und dann durch Eintauchen in eine geeignete Sensibilisationslösung, wie beispielsweise Zinn(II)-Chlorid, sensibilisiert. Nach genügender Spülung wird das Gewebe in einer geeigneten Aktivierungslösung, beispielsweise durch Eintauchen in eine saure Palladiumchlorid-Lösung, aktiviert. Nachdem dieses dann wieder genügend gespült ist, wird das Material in ein geeignetes Plattierungsbad, wie beispielsweise ein Kupferplattierungsbad, für eine gewisse Zeit eingetaucht Die Zeit variiert mit der Art des Bades und der gewünschten Leitfähigkeit für die Borsten. Das Material wird daraufhin wieder gespült und getrocknet Durch diese Herstellungsart wird eine geeignete Leitschicht auf die Borsten aufgebracht Dieses Material wird auf einem geeigneten Träger fest aufgebracht, um so die Übertragungsbürste, entweder als drehbare oder als feststehende Bürste zu erhalten. Andere Arten der Herstellung der leitfähigen Schicht können durch chemisches Plattieren, beispielsweise mit Nickel, Kobalt, Eisen usw., sein. In diesen Fällen wird üblicherweise eine Spur von Phosphor mit der Metallschicht niedergeschlagen. Edelmetalle wie Gold, Platin und Rhodium können durch eine doppelte Plattierungstechnik aufgebracht werden. Dabei wird zunächst Kupfer auf der synthetischen Faser durch chemisches Plattieren aufgebracht, woraufhin dann eine Eintauch-Plattierungstechnik angewendet wird. Die gesamte Kupferschicht oder ein Teil davon wird dabei dann mit dem gewünschten Edelmetall überzogen. Für diesen Zweck wird eine saure Salzlösung des Edelmetalls verwendet, in welche die mit Kupfer überzogenen Fasern eingetaucht, danach gespült und schließlich getrocknet werden.

Die Relativbewegung zwischen dem Aufzeichnungsträger 12 und der Bürstenrolle 26 kann durch jedes geeignete Mittel hervorgerufen werden. In der dargestellten Ausführungsform wird die Trommel 10 um ihre Achse von einem geeigneten Antriebsmotor 36 über geeignete Riemen oder Zahnräder, die gestrichelt in Fig. 1 angedeutet sind, angetrieben. Wenn es gewünscht ist, kann die Bürstenrolle 26 ebenfalls gedreht werden. Die Bürstenrolle 26 kann mit gleicher Geschwindigkeit wie die Trommel angetrieben werden oder mit größerer Geschwindigkeit, um so die nachteilige Wirkung im Falle einer Borstentrennung oder einer Borstenverdichtung der Bürste 26 zu vermindern. Die alternativ zur drehbaren Bürstenrolle 26 verwendbare flache Bürste 26', die in Fig.4 dargestellt ist, ist stationär angeordnet Mit dieser flachen, stationären Bürste 26' ist ebenfalls eine sichere Übertragung des Bildes möglich.

Um eine gute Bildübertragung zu erreichen, sollte die Bürstenrolle 26 zumindest einen minimalen Kontaktbereich mit dem Aufzeichnungsträger 12 bilden. Ein in der Praxis ausprobiertes Gerät verwendete eine flache bildtragende Fläche und eine Übertragungsbürste mit einem Durchmesser von 5,4 cm (2·/β Inch). Die Bürste hatte als Seelen der Borsten Mohär, um die in chemischer Weise Kupfer aufplattiert war und die eine Länge von etwa 0,22 mm (Ve Inch) aufwiesen. Eine Potentialdifferenz von 700 bis 1200V und eine Bürstenzusammendrückung wurden angewendet, wobei die optimale Konfiguration dieses Gerätes bei einem

« Potential von 1100 V und einer Zusammendrückung des Bürstenflors von etwa 2 mm gefunden wurde, wobei der Kontaktbereich etwa 2,54 cm (1 Inch) breit war. Des weiteren wurde eine Bürste mit Borsten aus rostfreiem Stahl, einer Borstenlänge von 0,22 cm und einem Bürstendurchmesser von etwa 5,4 cm erfolgreich erprobt. Der optimale Übertragungsstrom, der gute übertragung ohne Lichtbogenbildung ermöglicht, wurde experimentell mit ca. 0,031 μΑ/cm² (0,2 μΑ/lnch²) herausgefunden. Ein Reihenwiderstand wurde im Zusammenhang mit den rostfreien Stahlborsten benutzt um den Strom auf diese Größe zu begrenzen.

Die vorliegende Erfindung kann auch mit anderen als den dargestellten Aufzeichnungsträgern verwendet werden, beispielsweise mit einem umlaufenden photoleitfähigen Band oder einer dielektrischen Aufzeichnungsträgerfläche, wobei hier ein höheres Übertragungspotential als geeigneter gefunden wurde. Dieser Potentialwert liegt etwa zwischen 1000 und 2000V für eine gute Bildübertragung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Übertragung eines Tonerbildes von einem Aufzeichnungsträger auf ein Bildempfangsmaterial, insbesondere auf ein Papierblatt, mit einer elektrisch leitenden und an eine Spannungsquelle angeschlossenen Übertragungselektrode, die das Bildempfangsmaterial an den Aufzeichnungsträger preßt und ihm eine elektrische Pctentialdifferenz gegenüber dem Aufzeichnungsträger verleiht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das Bildempfangsmaterial (14) wird durch Transportrollen (24) mit dem Aufzeichnungsträger (12) in Kontakt gebracht und synchron mit diesem durch eine Übertragungszone bewegt,

b) die Übertragungsrolle ist eine drehbare Bürstenrolle oder feststehende Bürste (26 oder 26'), die weiche, elektrisch leitende und mit einer Spannungsquelle (28) verbundene Borsten (25) aufweist, und

c) die Borsten führen gegenüber der Rückseite des Bildempfangsmaterials eine Relativbewegung aus.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (25) auf einem festen Kern (27) der Rolle (26) befestigt sind und im wesentlichen radial nach außen abstehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (25, 26') aus einer elektrisch nichtleitenden Seele (40) bestehen, die mit einer elektrisch leitenden Schicht (42) überzogen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch nichtleitende Seele (40) der Borsten (26') aus synthetischem Material besteht.

5. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Potentialdifferenz zwischen der Bürstenrolle (26) und dem Aufzeichnungsträger (10) zwischen 700 und 2000 V beträgt.

6. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Borsten (25) in der Größenordnung des Durchmessers der Tonerpartikel des Entwicklergemisches (22), d. h. in der Größenordnung von ca. 12 μιη, liegt.